MT-VCT探测仪与MT物探仪在原理、应用及其效果上的差异

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    MT-VCT探测仪与MT物探仪在原理、应用及其效果上的差异

                  郑州地象科技有限公司   寇伟  13903832188

    自1953年法国的Cagniard（卡尼亚）提出了大地电磁法（MT）至今，目前国际市场上含有大地电磁法的电磁测深仪主要有：加拿大凤凰公司（phoenix）的V系列大地电磁系统，德国Metronix公司的GMS系列大地电磁系统，美国ZONGE公司的GDP系列大地电磁系统，这些系统基本上是集多种物探方法于一体，既能做天然场也能做人工源，从仪器的功能、原理、接收器的电路设计等来看都基本类似，性能指标也基本相同。

    MT-VCT大地电磁镜像测深探测仪是由郑州地象科技有限公司2012年自主研发的物探仪，与卡尼亚MT同属频率域天然场源大地电磁法，但是在对原理的认识、应用方法及其实际勘探效果上都存在很大的差异。

    一、对于大地电磁认知形成的理论基础截然不同

    自1953年卡尼亚提出大地电磁法理论（MT），后人相继又提出了音频大地电磁法（AMT）、可控源音频大地电磁法（CSAMT）。引进到中国几十年后又出现了改良版的连续电磁阵列剖面法（CEMT）、广域电磁法、时频电磁法(TFEM)。这些都是建立在卡尼亚视电阻率理论基础上的。

“卡尼亚电阻率，是指在非均匀介质条件下，以实测阻抗计算出的量称为卡尼亚视电阻率。卡尼亚提出的大地电磁测深法的基本理论：由卡尼亚阻抗来计算电阻率，因阻抗是地球内部电性的函数，且频率不同探测的深度不同，当对不同频率信号进行测量时，就得到了不同深度的电阻率，从而达到测深的目的。”其有效场源信号来自于天上电离层、太阳风、雷电和工业用电等，它们在天空中聚集并以平面电磁波形式垂直入射到地表之下、形成二次场后反射到地面，通过在地表采集各种频率的水平电场和水平磁场的信号值、计算出视电阻率，从而了解地下电性结构。

    郑州地象科技有限公司创立的大地电磁镜像测深法，提出大地电磁的有效场源是来自于地球内部的的动态电磁场，在地表采集的是电磁波穿过介质层作用后相对稳定的剩余能量值，反映的是地层介质的电磁特性；电磁波穿过固定不变的地壳混合介质层到达地面后的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求，每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁波能量值互为镜像关系，即每一个频率点都对应着一个固定的波长（深度层），由此建立了MT-VCT探测仪一万米深度内的频率（波长）与深度的固定对应关系表。

二、对大地电磁法原理认知上存在根本差异

    1、卡尼亚MT认为大地电磁法的有效场源信号来自于天上电离层、太阳风、雷电和工业用电等，它们在天空中聚集并以平面电磁波形式垂直入射到地表之下、形成二次场后反射到地面，随着深度增加采集信号会逐渐减弱。镜像测深MT-VCT认为大地电磁法的有效场源信号来自于地壳以下大地电磁场源向地面辐射的电磁波，采集信号不受深度及时间天气环境的影响。

    2、卡尼亚MT将地壳视为导体，不同频率的电磁波向下辐射到相应趋肤深度后形成二次场再反射到地表，测取到的是不同深度层介质的电阻率（视同）。镜像测深MT-VCT在地表测取到的是电磁波穿过地壳各介质层经过吸收衰减后的剩余能量值，反映的是地下各介质层的电磁反应特性，与介质层电阻率无关。

    3、卡尼亚MT的场源传递能量方式符合导体的趋肤深度效应原理，探测的（趋肤）深度不仅与频率有关，也受地层介质电阻率大小的影响。镜像测深MT-VCT认为电磁波穿过地壳介质层到达地表的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求，在地表上每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁反应特性值互为镜像关系，探测深度与频率（波长）存在着固定不变、一一对应关系。

  三、物探设备的硬件架构存在明显差异

    1、卡尼亚MT的场源来自于天上，接收装置不能屏蔽地表之上的电磁信号，会受天气、季节、时间、输电网、位置等多种因素影响导致一致性差。镜像测深MT-VCT的场源在地壳之下，所设计磁感应器尽可能将地表之上的电磁场信号屏蔽掉、只接收地下相对稳定电磁波信号，信噪比高、抗干扰能力很强，深度一万米之下的信号一致性依然很高。

    2、卡尼亚MT认为要在地表同时采集电场和磁场两个分量、计算出视电阻率，才能完整反映地下介质的电性结构，所以要用两对对称插入地下的电极和两个互相垂直水平放置的磁场感应器同时测取电场和磁场信息。镜像测深MT-VCT认为电磁波由地下垂直传播到地表，其电场和磁场分量在交替传播过程中所携带的地层信息是一样的，仅用一个高效电磁感应探头垂直放置在地面采集信号即可。

    3、卡尼亚MT假定地球为导体、测值是地下各层介质电阻率在交变电磁场作用下的电性反应，从天空入射到地下的（假设）均匀平面电磁波会随着深度的增加电阻率增大，使得纵向分辨能力迅速减弱，严重影响到MT的测深能力。镜像测深MT-VCT测得的是各深度层介质对自下而上电磁波能量衰减吸收后的剩余能量值，与介质层电阻率无关，在不考虑采集器硬件限制的情况下，其探测深度可通达地壳之下（目前MT-VCT测深可达2万米）。

    四、使用性能及其应用效果上的差异

    1、采样布线方法。卡尼亚MT布线时要把2个磁棒水平埋入土中30厘米，4个电极应埋入土中20--30厘米且对称接收距离50--300米。MT-VCT只需要把1个探头垂直稳放在地面上即可采样。

    2、单点测深采样时间。卡尼亚MT单点采样需要半个多小时。MT-VCT只用7秒—2分钟。

    3、适用环境条件。卡尼亚MT在沙漠、戈壁、岩石等非均匀体上布极时接地电阻过大、勘探一致性较差。MT-VCT只要把探头稳放在岩石、沙漠、马路上即可探测。

    4、抗干扰能力。卡尼亚MT规范要求探测点要远离电磁干扰源（离开厂矿电站2公里以上、高压线500米以上、公路200米以上）。MT-VCT离开高压线50米即可正常勘探。

    5、测点密度（横向分辨率）。卡尼亚MT规范要求探测点间距为50或100米、10个点左右就可以形成一个线剖面。MT-VCT点间距为1—5米、100个点左右形成一个线剖面图。

    6、测深分层（纵深分辨率）。卡尼亚MT测深精度因受地层介质视电阻率大小的影响不能分的很细，纵向分辨率一般为30—50米/层。MT-VCT的探测深度因与地层介质无关、仅与波长一一对应，几百米的探矿仪分层细达0.1米，4000米地热探测仪的分层间隔为5—15米。

    7、探测深度。V8的AMT法测深最小频率为1Hz、对应最大深度为2000米，MT法测深频点范围0.0005—320Hz，没有说明最大探测深度，只是说明测深数据采集时间：对于中深层的6——8个小时，对于10km以上大深部构造的需要24个小时左右，对于基础研究，有可能几个星期甚至几个月。由于MT属于体积勘探的性质本身决定了测深分辨率不高，而且频率越低、深度越大、电阻率越高、可测趋肤深度不可能很深。MT-VCT采集的是从地壳之下传播到地表的电磁波剩余能量值，在采集器硬件可能范围内可以观察到地壳以下的情况，目前单点采集数据时间2分钟时，纵向分辨率为3000米深度之上5米/层、3000—9000米之间为10—50米，之下至2万米范围内为100米/层。

    我们可以根据研究不同深度断裂构造、不同纵向分辨率需要，特别设计相应机型。

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